중국중화권 첨단기술 모니터링 및 DB 구축사업 신소재 분야를 중심으로

중국 나노 기술 분야의 최대 규모 전시회로 불리는 “중국 국제 나노기술 산업발전 포럼 및 나노 기술 성과 전시회(CHINANO Conference & Expo)”가 지난 9월 24일 수저우(蘇州) 국제 박람회 센터에서 개최되었다. 이번 전시회는 3일간 개최되었다. 동 전시회에는 10개 국제기업, 25개 나노기술 강국 및 혁신국가, 300개 이상 나노기술 기업이 전시회에 참가했으며, 1,000개 이상의 나노 기술 혁신제품이 전시되었고 전시회 참가자 규모가 7,000명을 초월하였다. “중국 국제 나노기술 산업발전 포럼 및 나노기술 성과 전시회”는 “중국 나노 대회”로 약칭하고 있으며 국가과학기술부, 국가교육부, 중국과학원 및 장수성(江蘇省) 정부가 주최하는 연도 국제 산업 축제에 속하며 나노 신 재료, 마이크로 나노 제조, 에너지 및 청정기술, 나노 생물기술 등 4대 분야가 포함되고 소비 전자, 방직, 건축, 화학공업 등 20개 이상 분야와 관련이 되어 있다. 독감의 빈번한 전파는 인류에게 극심한 혼란을 끼쳤으며 특히 최근 몇 년간 발생한 조류독감 바이러스 변이로 인한 인류에 대한 전파사건(예를 들면 H5N1과 H7N9 등)은 인류의 공포를 일으키고 있다. 중국과학원 미생물연구소의 리쉐빙(李學兵) 연구원 연구팀의 최근 연구에 의하면 독감 바이러스는 인류 세포 표면의 물질을 감별할 수 있기 때문에 감염될 수 있는 원리에 근거하여 동 유형 물질을 기반으로 합성된 금 나노 입자를 프로브로 이용하여 일종 높은 처리량, 시각화 검출 방법을 개발하는데 성공함으로써 신형 독감 저항 약물 및 신속, 간편한 바이러스 검출 분석 방법을 발전시키는데 새로운 아이디어를 제공했다. 만약 독감 바이러스를 ‘키’로 비유한다면 인체 세포 표면의 ‘사이알일올리고사카리드(Sialyloligosaccharide)’라고 불리는 물질은 각 종 ‘자물쇠’가 된다. 난양(南陽)공과대학은 최근에 일종 신 재료 배터리 연구 성과를 발표했으며 이산화티타늄 나노 튜브를 양극으로 이용하여 만 회를 초과한 충전 순환을 실현했고 리튬 전지의 500회를 훨씬 초과했으며 20년 동안 사용할 수 있다. 현재 모바일 기기는 발전이 신속하지만 배터리 기술이 발전하지 못했기에 지속 사용능력이 전체 모바일 설비의 난제로 되고 있고 수많은 생산자들은 배터리 용량을 확대하는 방법으로 지속사용능력을 개선할 수밖에 없는 상황이다. 배터리 기술의 발전은 비록 속도가 늦지만 수많은 연구기관들이 신 재료 배터리를 연구하고 있고 현재의 리튬 전지를 대체할 수 있기를 희망하고 있다. 난양(南陽) 공과대학의 소개에 근거하면 신형 배터리는 단 2분 만에 70%를 충전할 수 있을 뿐만 아니라 쉽게 얻을 수 있는 재료이기도 하며 토양에 대량 함유되어 있고 현재 일반적으로 식품첨가제와 자외선 방지용 썬 크림을 생산하는데 사용되고 있다. 최근에 중국과학기술대학 세이(謝毅)원사 연구팀, 우창정(吳長征)교수의 과제연구팀은 정사오청(曾曉成)교수 및 중국과학원 강자기장(strong magnetic field)센터 연구팀은 협력을 진행했고 음이온 고용체(Solid solution)기술을 통하여 현재 이차원 나노 재료 중 최고의 음의 자기저항효과(The negative magnetoresistance effect)를 실현했으며 동 현상의 발견은 이차원 재료가 전자스핀(electron spin)부품 분야에서의 발전을 추진할 수 있을 것이다. 동 연구 성과는 최근의 물리학 최고 학술지인 “미국물리학회지(Physical Review Letters)”에 발표되었다. 강자기장 효과라는 것은 자성 재료의 전기 저항률이 외부 자기장이 작용할 때와 없을 때 거대한 변화가 있는 현상을 가리킨다. 전자 스핀 자유도 제어의 강자기장 저항 재료에 기반을 두면 정보 고밀도 저장 및 고배속 재생/기록을 실현할 수 있으며 전체 정보산업의 핵심이다. 사람들이 전자부품의 고 집성도와 소형화에 대한 날로 늘어가는 수요로 하여 더욱 작은 재료 사이즈로 자기장 저항효과를 실현하는 것이 새로운 목표로 되고 있다. 그래핀을 대표로 하는 이차원 나노 재료는 특수한 형태와 우수한 물리특성으로 나노 전자 스핀 부품을 실현하는데 중요한 재료 기반을 마련했다. 절대다수의 이차원 재료 자체는 비자성(Non magnetic)이기에 이차원 재료에서 자성을 도입하는 것이 이차원 전자 스핀 부품을 개발하는 핵심으로 되고 있다. 중국과학기술대학 연구인원은 저렴한 할로겐(Halogen)으로 유황원소를 대체하는 음이온 혼합 새 방법으로 양이온 혼합으로 하여 형성된 층간화합물(Intercalation compounds)이 분리하기 어려운 결점을 극복한 상황에서 이차원 나노 재료에 성공적으로 본질적 스핀(intrinsic spin) 및 에너지 갭 제어 구조를 도입하여 스핀 관련 산란(Scattering)전자 운송을 실현했으며 이로 하여 2차원 과도(過渡)금속 유황 화합물의 강자기장 저항부품을 개발했다. 매개 특정 재료는 일반적으로 부분적인 분야의 독특한 성능 및 우세를 보유하고 있으며 재료의 복합은 단일 재료 성능 보틀넥을 해결하는 효과적인 경로로 되고 있다. 구체적으로 광촉매 시스템에 있어서 복합 재료 중 서로 다른 구성 유닛은 전하를 생성 및 분리시키고 분자를 흡착 활성화시키는 각 종 중요한 역할을 발휘하고 있다. 하지만 실제적으로 복합 재료의 성능은 대부분 구성 유닛이 각자 보유하고 있는 성능의 중첩을 실현할 수 없으며 핵심적인 보틀넥은 복합 재료 시스템 인터페이스의 구조 제어가 매우 어려워 광 생성 전하가 인터페이스에서의 심층적인 복합과 극대한 낭비를 조성하고 있다. 동 보틀넥에 관하여 중국과학기술대학 연구인원들은 일련의 인터페이스 제어 가능 복합 구조 시스템을 디자인하여 처음으로 반도체-금속-그래핀(Graphene) 적층 구조를 제시했으며 단결정체 인터페이스는 일정하게 인터페이스의 전자-홀 복합 문제를 해결하여 광촉매 수소 생성 분야에서 뚜렷한 개선 성능을 나타내고 있다. 금 나노 재료는 우수한 광학 및 촉매 특성으로 이미 심층적인 연구를 실행했지만 금의 가격이 높아 폭넓은 응용이 제한을 받고 있다. 다른 한 가지 금속인 구리는 성능이 우수하고 가격이 저렴하지만 나노 사이즈가 안정적이 되지 못하고 산화가 잘 되어 여러 가지 응용을 실현하기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 중국과학기술대학 허페이(合肥) 마이크로 스케일 물질(The micro scale material)과학 국가 실험실 정지에(曾杰) 교수 연구팀은 금과 구리 이온을 공동으로 환원시키는 방식으로 오각별 형태 나노 합금 재료를 개발하여 우수한 광학 특성 및 촉매 성능을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 재료의 안정성을 증가할 수 있다는 점을 입증하였다. 연구팀의 설명에 따르면, 동 “나노의 별” 신 재료는 다섯 개의 대칭되는 금 구리 합금 나노 결정체를 보유하고 있으며 근적외선 구역에서 비교적 강한 광 흡수 및 광 열량 전환능력을 보유하고 있다고 한다.